坛紫菜养殖技术之二坛紫菜优质纯系苗种培育技术研究

坛紫菜在自然分类系统中属于红藻门、原红藻纲、红毛菜目、红毛菜科、紫菜属,在其生活史中具有2个明显的发育阶段,即叶状体阶段和丝状体阶段.叶状体是由丝状体放散出来的壳孢子萌发形成的,即日常食用的紫菜;丝状体是由叶状体放散出来的果孢子萌发形成的,多数在贝壳中生长.坛紫菜的育苗就是指叶状体成熟后形成的果孢子,通过采果孢子培育贝壳丝状体,丝状体在秋季成熟后放散壳孢子的过程.南日木平养殖场自2003年1月开始承担"坛紫菜优质纯系苗种培育技术研究"项目,现将技术总结介绍如下:     

坛紫菜优质纯系苗种培育技术研究

坛紫菜在自然分类系统中属于红藻门、原红藻纲、红毛菜目、红毛菜科、紫菜属,在其生活史中具有2个明显的发育阶段,即叶状体阶段和丝状体阶段。叶状体是由丝状体放散出来的壳孢子萌发形成的,即日常食用的紫菜;丝状体是由叶状体放散出来的果孢子萌发形成的,     

坛紫菜与长紫菜种间杂交后代的细胞崩溃现象与成活后代的表现型观察比较

坛紫菜壳孢子萌发的第一次和第二次分裂为减数分裂,结束后形成了一个基因型不同的四分体,随后由这个四分体发育成一个基因型嵌合的叶状体。由坛紫菜与长紫菜种间杂交所产生的杂合丝状体成熟后释放出壳孢子,后者在分裂初期出现了大量的细胞崩溃死亡,通过对单个的壳孢子萌发体进行定点跟踪观察后发现,细胞崩溃死亡不仅会发生在减数分裂的直接产物即处于二细胞期、三细胞期、四细胞期的萌发体,当细胞数大于4个的萌发体在进行有丝分裂时也会出现细胞崩溃死亡。绝大部分的壳孢子能进行第一次减数分裂,形成处于二细胞期的萌发体,随后进行第二次减数分裂,形成处于三细胞期或四细胞期的萌发体。培养4 d,78.6%的壳孢子已发育成含2~4个细胞的萌发体,其余为未分裂的壳孢子萌发体;在含2~4个细胞的萌发体中未出现细胞崩溃死亡的萌发体的百分率为99.7%,0.3%的个体出现了细胞崩溃死亡。随着培养时间的延长,大多数处于二细胞期的萌发体发育成处于三细胞期和四细胞期的萌发体,而大规模的细胞崩溃死亡也出现在处于三细胞期和四细胞期的萌发体中。培养14 d,处于三细胞期和四细胞期的萌发体的百分率分别为38.6%和37.2%,它们当中含有崩溃死亡细胞的个体百分率分别为99.5%和99.2%。此外,8.9%的萌发体能够发育成含4个以上细胞的个体,但在随后的有丝分裂中也出现了细胞崩溃死亡现象。培养35 d,大部分的萌发体其体细胞已全部崩溃死亡,但仍有约1%的萌发体能成活下来,可它们并非是由一个完整的四分体发育而来,而是由四分体中的1~2个成活细胞发育而来。培养45 d,可把成活体的形态和颜色分成类亲本型和重组型两大类。研究表明,利用紫菜种间杂交的后代在壳孢子萌发初期会出现细胞崩溃死亡的现象,不仅可以用于辅助更精确地鉴别物种,而且可以从其成活后代中筛选出具有重组优势的新品系。     

坛紫菜的细胞学观察

为了阐明雌雄异体紫菜减数分裂的发生时期,对坛紫菜生活史的各阶段进行了细胞学研究.用卡诺固定液(无水酒精:冰醋酸=3:1)分别固定室内培养的坛紫菜各生活阶段的活体材料,在明亮处放置数日使细胞褪色至白色.然后,先用铁矾苏木精染液对固定材料进行染色处理,再进行压片、显微观察和拍照记录.观察结果表明,精子囊细胞、叶状体营养细胞和2个细胞的壳孢子萌发体中的核相是单倍的,染色体数N=5;果孢子、丝状体细胞、膨大细胞和壳孢子的核相是双倍的,染色体数2N=10.精子囊细胞、果孢子和丝状体细胞的分裂是有丝分裂.在壳孢子萌发的第1次细胞分裂过程中,观察到了减数分裂的细线期、偶线期、双线期、终变期、中期和后期等;壳孢子萌发的第1次细胞其分裂结果导致了染色体数目减半.上述研究结果表明,在雌雄异体的坛紫菜生活史中,壳孢子萌发的初始分裂是减数分裂.     

紫菜人工栽培技术

1人工栽培紫菜的生长过程紫菜的人工栽培分丝状体培育和叶状体养成2个阶段。丝状体培育阶段：春末取成熟的叶状体经阴干刺激后,放入盛有海水的容器内放散果孢子,当放散量达到要求时,捞出叶状体。把孢子水按一定比例喷洒到已放有贝壳的培育池内，果孢子即附着到贝壳上，萌发钻人贝壳内生长成丝状体。秋季水温下降时，贝壳内丝状体成熟并放散壳孢子，将维尼仑网帘放入培养池内采苗，     

贝壳紫菜单孢子和叶状体的研究

贝壳紫菜的叶状体是由丝状体直接产生的。通过试验，笔者发现贝壳紫菜生活史中虽没有壳孢子，但存在着单孢子。由单孢子萌发发生的叶状体在形态上与由丝状体直接发育而来的叶状体相似，而前者的生长速度较后者快。经Ｗｉｔｔｍａｎｎ氏染色法染色，１－３细胞期的单孢子幼叶状体的细胞间不存在胞间联系。本种的单孢子囊仅出现在叶状体成熟阶段，在幼苗期未发现有单孢子放散。由于在贝壳紫菜的生活史中存在果孢子和单孢子而没有壳孢子     

紫菜丝状体阶段核分裂特征观察

对条斑紫菜和坛紫菜的果孢子、丝状体以及壳孢子的核分裂进行了细胞学观察。结果表明,两种紫菜染色体数分别是3和5,从果孢子萌发到壳孢子萌发阶段为二倍体核,核分裂都具同源染色体配对特征。在果孢子萌发和营养藻丝、孢子囊枝和壳孢子囊细胞分裂中,分裂前期末同源染色体紧密配对聚合,进入中期染色体在赤道面上排列,同源染色体仍一一对应,后期染色单体分离。在壳孢子萌发的核分裂中,前期同源染色体配对更加紧密,中期过程出现联会染色体分离的特征,后期同源染色体分离,显示减数分裂特点。本文还讨论了有丝分裂同源染色体配对现象对观察研究紫菜二倍体细胞核分裂的影响。     

坛紫菜有丝分裂阻滞缺陷蛋白2基因(Ph-mad2)的克隆及其在单性生殖过程中的表达

为探究坛紫菜雌配子体单性生殖过程的细胞二倍化机制,实验基于坛紫菜雌性配子体的转录组信息,克隆和分析了坛紫菜的有丝分裂阻滞缺陷蛋白2(PhMAD2)基因(Phmad2),同时对其在坛紫菜单性生殖发生过程中处于不同发育时期的细胞中的表达特征进行了初步研究。结果显示,坛紫菜Ph-mad2基因的cDNA的完整开放阅读框为672 bp,编码223个氨基酸,分子量为23.8 ku。从氨基酸序列比对结果可知,坛紫菜PhMAD2蛋白中所具有的典型的HORMA结构域和保守的丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点,均与团藻和莱茵衣藻MAD2蛋白相同。系统发育分析表明,坛紫菜与藻状菌纲的异丝水霉和寄生水霉的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR检测显示,与可进行正常有丝分裂的营养细胞相比,在坛紫菜单性生殖过程中发生细胞二倍化的生殖细胞和单性孢子时期,Ph-mad2基因的表达量显著下降;但是,在随后可进行正常有丝分裂的单性孢子萌发体细胞和处于营养生长期的单性孢子体细胞中则表达上调。这一结果暗示Ph-mad2基因的表达下调可能阻碍了坛紫菜单性生殖初期单倍体细胞进行有丝分裂时纺锤体组装检验点的形成,在一定程度上致使它们发生了染色体加倍。     

紫菜属海藻色素突变的研究

使用化学诱变剂MNNG(N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍)对条斑紫菜、坛紫菜、少精紫菜和华北半叶紫菜的叶状体、丝状体和壳孢子进行诱变,研究与分析了紫菜属海藻色素突变的发生与表达。结果显示,在合适的诱变剂量范围内,紫菜各生长阶段藻体均发生较高的突变率,但突变的表达特征不同。叶状体以细胞为单位发生点状突变,突变细胞的生长形成了各种突变斑块的无序镶嵌,显示单倍体细胞的致变结果。经诱变的丝状体虽表现较低的突变率,然而诱变引发的突变却主要在后代叶状体中表达,显示为二倍体细胞的突变表达规律。壳孢子突变随萌发个体的细胞分裂被立即表达,显示细胞倍性发生变化的遗传特征。本文还讨论了色素突变表达规律显示的减数分裂过程及其对藻体形态建成的影响。     

环境因子对条斑紫菜壳孢子放散和附着的影响

正条斑紫菜是黄渤海沿海主要栽培种类,而江苏连云港是主产区,从苗种生产、海上养殖到紫菜加工,形成了一条完整的产业链,产业商业化程度较高~([1-3])。条斑紫菜壳孢子作为紫菜叶状体的苗源是人工育苗的关键,壳孢子的质量、放散的数量、附着效果直接影响到紫菜育苗效果,从而对紫菜苗种质量和养殖产量造成影响。因此开展对紫菜采苗期间,壳孢子放散和附着研究非常必要。2017年9月28日—10月20日,在连云港市     

坛紫菜叶状体的抗生素联合除菌效果

为研究坛紫菜及其外生菌群对氯霉素、竹桃霉素和头孢噻肟3种抗生素的敏感性,通过将其与氨苄青霉素、卡那霉素和庆大霉素的组合,优化坛紫菜叶状体的除菌方法,并利用涂布平板、qRT-PCR及16S rRNA测序分析其除菌效果。结果显示,当坛紫菜先以氨苄青霉素(300 mg/L)、卡那霉素(100 mg/L)和庆大霉素(100 mg/L)混合处理18 h,再以氯霉素(50 mg/L)、头孢噻肟(200 mg/L)和竹桃霉素(50 mg/L)混合处理4 d,叶状体的健康率保持在96.3%以上,而对可培养细菌的抑制率达到99.9%。根据qRT-PCR和16S rRNA的结果可知,该种组合方法较前3种抗生素的组合,其菌总数下降41.5%,微生物的丰度和多样性指数明显下降。其中,假单胞菌、交替赤杆菌、交替单胞菌以及海杆菌等得到针对性的抑制。研究表明,多种抗生素的优化组合能够对坛紫菜叶片的菌群结构产生显著影响,使其受到抑制,但仍无法达到绝对除菌的效果。     

几种经济红藻中茉莉酸合成途径的关键物质

为研究几种经济红藻中茉莉酸合成途径的关键物质,实验采用液相色谱—质谱联用技术(LC-MS)对茉莉酸生物合成途径相关物质建立检测方法,并对龙须菜、坛紫菜受到机械损伤时各物质的变化情况进行检测。以100%甲醇提取茉莉酸(JA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、12-氧-植物二烯酸(12-OPDA)和13-氢过氧化亚麻酸(13-HpOTE),利用XBridge TM C18色谱柱,以甲醇/水为流动相分离4种物质。优化条件下4种物质得到良好分离,加标回收率为81.23%～90.25%,检测限为0.04～0.56 ng/mL,灵敏度高。坛紫菜、龙须菜和真江蓠3种红藻中,坛紫菜中未检测到JA和13-HpOTE,4种物质均在另外2种藻中检测到。龙须菜受机械损伤胁迫后,4种物质在短时间内得到积累,其中13-HpOTE响应迅速。研究表明,红藻中可能存在类似于植物的茉莉酸合成途径,并参与对损伤的胁迫响应。     

坛紫菜叶状体蛋白质双向电泳样品制备方法的比较

蛋白质样品的制备是双向电泳分析的关键。为探索适用于坛紫菜叶状体蛋白质双向电泳样品的制备方法,实验对3种常用植物蛋白质分离方法进行了优化和改进,并分别同3种蛋白质裂解液联用,比较了9种方法的总蛋白质得率及双向电泳图谱效果。结果发现,采用三氯乙酸/丙酮沉淀法与裂解液C(7 mol/L 尿素,2 mol/L 硫脲,2%CHAPS,2%TritonX-100,2% IPG Buffer pH 3~10,65 mmol/L DTT)联用的方法,坛紫菜叶状体的蛋白质得率最高,且双向电泳图谱显示此法获得的蛋白质点数最多,蛋白点形状规则,水平和垂直拖尾情况较轻,图像清晰。实验结果还发现,在进行双向电泳分析时,采用pH 4~7的胶条可以使坛紫菜叶状体蛋白质得到更为有效的分离。     

不同高温胁迫条件下的坛紫菜中植物激素分析

为了研究高温胁迫条件下内源性植物激素的变化趋势与坛紫菜在高温耐受性之间的相互关系,实验以在宁波象山采集的"浙东1号"坛紫菜叶状体为样品,以液相色—谱质谱联用的选择离子模式作为分析手段,系统地分析了高温胁迫条件下,坛紫菜中11种植物激素含量的变化。结果显示,在高温胁迫环境中共检测出7种植物激素,分别为异戊烯腺苷、异戊烯腺嘌呤、反式玉米素核苷、吲哚乙酸、茉莉酸甲酯、水杨酸和茉莉酸。在20、25、28和35°C下,茉莉酸和茉莉酸甲酯的含量随着刺激温度的上升而升高;吲哚乙酸、反式玉米素核苷、异戊烯腺苷和异戊烯腺嘌呤在高温组中的含量要明显低于对照组,呈现下降的趋势。以28°C作为胁迫温度,在不同胁迫时间下,吲哚乙酸、反式玉米素核苷、异戊烯腺苷和异戊烯腺嘌呤的含量随着胁迫时间的延长而降低;水杨酸和茉莉酸甲酯的含量随着胁迫时间的延长而上升;茉莉酸的含量先升高后下降。在恢复培养过程中,水杨酸、茉莉酸、吲哚乙酸和茉莉酸甲酯的含量均呈现下降、升高又下降的变化趋势,而反式玉米素核苷、异戊烯腺苷和异戊烯腺嘌呤的含量则随着恢复培养过程的进行而逐渐下降。高温胁迫下,坛紫菜在促进生长类激素和胁迫抑制类激素的共同调控下进行胁迫防御,维持自身生长。然而,坛紫菜的防御能力有限,且高温胁迫引起的藻体自损伤可能难以修复。     

Molecular divergence and application of the ITS-5.8S rDNA and RUBISCO spacer in <Emphasis Type="Italic">Porphyra haitanensis</Emphasis> Chang et Zheng (Bangiales,Rhodophyta)

To select a reliable and sensitive method for discriminating strains of Porphyra haitanensis, the nucleotide sequence of the internal transcribed spacer 1 to internal transcribed spacer 2 regions (ITS-5.8S) of nuclear ribosomal DNA and the intergenic spacer region of RUBISCO were compared in five wild and five cultivated Porphyra haitanensis strains. Based on molecular analyses, sequences of ITS-5.8S (about 1,210 bp) could be divided into three regions: ITS1, 5.8S, and ITS2. The ITS1 and ITS2 sequences of each strain differed, even between individuals collected from the same site. In contrast, 5.8S rDNA and RUBISCO spacer sequences were identical among the ten P. haitanensis strains, although differences were found among different Porphyra species. Phylogenetic analysis also supported these conclusions. These sequence features of highly conserved regions and diversified regions that occurred repeatedly in ITS-5.8S could be useful in discriminating germplasm of P. haitanensis strains or Porphyra species. In contrast, the RUBISCO spacer is only suitable for identifying Porphyra species. New coupled primers were designed to amplify only the 5.8S rDNA and ITS2 region of Porphyra. The sequences of these amplified fragments can be readily used to identify germplasm or to perform phylogenetic analysis of Porphyra spp.     

Increasing transient expression of CAT gene in Porphyra haitanensis by Matrix attachment regions and 18S rDNA targeted homologous recombination

To test whether matrix attachment regions (MARs) and 18S rDNA can influence CAT gene transient expression positively in the red algae Porphyra haitanensis, a targeting vector pHR‐CAT containing a portion of the 18S rDNA from P. haitanensis, pMAR1‐HR‐CAT containing one MAR from silkworm and a portion of the 18S rDNA from P. haitanensis and pMAR2‐HR‐CAT containing two MARs from silkworm and a portion of the 18S rDNA from P. haitanensis were constructed. With the electroporation method, the vectors were transferred into the protoplasts from the thalli of P. haitanensis. The results showed that the expression of chloramphenicol acetyl transferase (CAT) protein in transformed cells reached a maximum at 96 h after transformation. It was increased markedly with the pMAR2‐HR‐CAT compared with the pHR‐CAT or the pCAT^@3‐control vector (P<0.01), and it was increased inconspicuously with pHR‐CAT compared with the pCAT^@3‐control vector (P>0.05). It is suggested that MAR from silkworm could enhance the transient expression of foreign genes in P. haitanensis.     

弧菌生物被膜的动态演替对厚壳贻贝附着的影响

为探讨生物被膜动态演替过程中如何影响海洋无脊椎动物附着,实验选取了对厚壳贻贝附着具有不同诱导活性的弧菌Vibrio cyclitrophicus、V. chagasii和Vibrio sp. 22形成单一生物被膜,观察弧菌动态演替中生物被膜细菌密度、膜厚度和胞外产物等生物学特性变化,探究其对厚壳贻贝稚贝附着的影响。结果显示,弧菌生物被膜动态演替过程中,被膜细菌随着时间推移出现聚集现象,细菌密度和膜厚度也随着时间变化呈先增多后减少。除了Vibrio sp. 22,V. cyclitrophicus和V. chagasii生物被膜细菌密度和膜厚度与稚贝附着均有不同程度的相关性。所测弧菌生物被膜胞外产物的显微激光共聚焦结果分析发现,胞外多糖随着时间先增多,然后开始下降。相对比而言,胞外蛋白和胞外脂质无显著性变化。因而,胞外多糖变化规律与稚贝在被膜上附着变化相一致,表明胞外多糖是生物被膜动态演替过程中调控厚壳贻贝附着的重要因素。本实验初步探讨了生物被膜动态演替特征及其对厚壳贻贝稚贝附着的影响,对于后续进一步在海区开展生物被膜的动态演替与海洋底栖动物附着相互关系研究具有重要的学术价值,同时对于人工鱼礁礁体生物附着机理的研究具有重要的实践价值。